发酵产物分离原理与技术
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＝＝＝＝Hale Waihona Puke Baidu
一、等电点沉淀法
• 利用两性电解质在等电点的溶解度最低和不同 电解质有不同等电点的特性，将两性电解质分离 的方法。
• 通过加酸或碱调pH＝pI，蛋白质分子的净电荷 为零，分子聚集在一起。
• 注意：pH过低，容易引起目标蛋白质变性。
二、 盐析沉淀法 1.盐与蛋白质溶解度的关系： • (1)盐溶：[盐]低时，S随[盐]增加而增加； • (2)盐析：[盐]高时，S随[盐]增加而降低；
– 吸附剂的机械强度则影响其使用寿命。
2、吸附物的性质
有下列一些规则可用来预测吸附的相对量。
– 能使表面张力降低的物质，易为表面吸附； – 溶质从较易溶解的溶剂中吸附时，吸附量较少。
– 极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸 附非极性物质。
– 对于同系列物质，吸附量的变化是有规则的。如 按极性减小的次序排列，次序越在后面的物质， 极性越低，因而越易为非极性吸附剂所吸附而越 难为极性吸附剂所吸附。
五、吸附剂的基本要求
• 吸附剂要求颗粒密度小，表面积大，但 孔隙也不能太多，否则被吸附物质不易 被洗脱。
• 吸附剂的颗粒大小要均匀。 • 吸附剂的吸附能力要大，但不能影响洗
脱。
六、吸附剂的类型
• 工业用吸附剂主要有三类型: • 1、疏水或非极性吸附剂 • 适合于从极性溶媒(水)中吸附溶质。
• 代表是活性碳，有疏水性。在极性液中， 吸附力：溶质>溶媒，有环>无环。
– 优点：溶剂易除； – 缺点：易使蛋白质变性；
2.影响有机溶剂沉淀的因素: • ①溶剂的种类和数量：丙酮>乙醇>甲醇 • ②沉淀的温度：温度越低沉淀越完全。
第二节 吸附法
• 在发酵工业的下游加工过程中，吸附法 应用于发酵产品的除杂、脱色、有毒物 质和抗生素的提纯精制。
一、吸附法的原理
• 吸附法是利用吸附剂与杂质、色素物质、 有毒物质、产品之间分子引力的差异， 从而起到分离的作用。
对溶解度 • (4) 杂质
4. 注意事项 • ①[盐] 因被提取物种类不同而不同； • ②杂质对盐析有影响； • ③盐析时的pH ≈ pI（？）； • ④盐析产品还需进一步纯化（？）；
三、有机溶剂沉淀法
• 利用某些物质在有机溶剂中的溶解度不同而使其分 离的方法。
• 1.原理：
• 有机溶剂能降低溶液的介电常数，使溶质分子间因 引力而凝集；或破坏水膜(降低水活度)而溶解度降 低；或破坏蛋白质的某种键，改变其空间结构而使 疏水基团暴露而析出。
二、吸附的目的
• 将产品吸附浓缩于吸附剂上； • 将杂质、色素等需要从发酵液中去除的
物质吸附于吸附剂上。
三、吸附法的优缺点
• 优点：
– 可不用或少用有机溶剂； – 操作简便、安全、设备简单； – 生产过程中pH变化小，适用于稳定性较差
的生化物质。
• 缺点：
– 吸附法选择性差、收率不高。
– 无机吸附剂性能不稳定，不能连续操作，劳 动强度大。
• 用于蛋白质、氨基酸、 核酸、酶、抗生素的分 离。
一、基本原理
• 离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，它的分子中含有 可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子 或阴离子起交换作用。
• 交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加 新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，所以可以把离子交换 剂上的原子离子全部洗脱下来，同时溶液中的离子全部被交换 并吸附在树脂上。
七、 影响吸附过程的因素
1、吸附剂的性质 吸附剂的理化性质对吸附的影响很大。吸附剂 的性质与其原料、合成方法和再生条件有关。 一般要求吸附容量大、吸附速度快和机械强度 好。
– 吸附剂的吸附容量除其它外界条件外，主要与比表 面积有关。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大。
– 吸附速度主要与颗粒度和孔径分布有关，颗粒度越 小，吸附速度就越快，但压力损失要增大。孔径适 当，有利于吸附物向空隙中扩散。
3、 溶液pH值的影响 pH值影响某些化合物的离解度。
4、温度的影响 吸附热越大，则温度对吸附的影响越大。
5、其它组分的影响 当从含有两种以上组分的溶液中吸附时， 根据溶质的性质可以互相促进，干扰或 互不干扰。一般说来，对混合物的吸附 较纯物质的吸附为差。
第三节 离子交换法
• 离子交换作用：是指一 个溶液中的某一种离子 与一个固体中的另一种 具有相同电荷的离子互 相调换位置，即溶液中 的离子跑到固体上去， 把固体上的离子替换下 来。这里溶液称流动相， 而固体称固定相。
溶解度与盐浓度的关系可用下式表示： logS=β－KS·I
• S：蛋白质的溶解度；
• I：离子强度； • β：常数，与蛋白质种类有关，与盐的种类无关； • KS ：盐析常数，与盐种类有关，与温度和pH无关；
2.机理 • 蛋白胶体稳定的原因是蛋白质颗粒周围水化膜和电
荷的存在。加入盐，中和表面电荷、破坏水化膜。 3.影响盐析的因素 • (1)盐种类：影响KS，KS越大，效果越好 • (2)盐析剂用量 • (3) 温度和pH：影响β值而影响S。尤其是影响相
第十一章 发酵产物分离原理与技术
第一节 沉淀法 第二节 吸附法 第三节 离子交换法 第四节 萃取法 第五节 膜分离技术
第一节 沉淀法
沉淀是物理环境的变化引起溶质的溶解度 降低、生成固体凝聚物的现象。 • 沉淀措施因产品性质不同而不同。 • 加酸、碱、盐、有机溶剂、其它物质。
• 根据所加入沉淀剂的不同，沉淀法可分为： 等电点 盐析 有机溶剂
2、亲水或极性吸附剂 适用于从非极性或小极性溶媒中吸附溶质。
• 代表：硅胶，氧化铝，活性土（铝硅酸）， 有酸性、碱性、中性之分。
• 碱性物质→→酸性吸附剂，反之亦然。
3、离子交换树脂吸附剂 属极性吸附剂，与极性吸附剂不同的是，还具 有离子交换的性能。
注意： ①根据提炼的性质选择恰当的类型。 ②活性炭的选择性差。
– 炭粉等吸附剂影响环境卫生。
• 凝胶类吸附剂、大网格聚合物吸附剂
四、吸附的类型
• 物理吸附：吸附剂和吸附物通过分子力(范德 华力)产生的吸附。
• 化学吸附： 化学吸附是由于吸附剂在吸附物之 间的电子转移，通过化学键作用而产生的，属 于库仑力 范围。
• 离子交换吸附： 吸附剂表面如为极性分子或离 子所组成则它会吸引溶液中带相反电荷的离子 而形成双电层。这种吸附又称为极性吸附。
一、等电点沉淀法
• 利用两性电解质在等电点的溶解度最低和不同 电解质有不同等电点的特性，将两性电解质分离 的方法。
• 通过加酸或碱调pH＝pI，蛋白质分子的净电荷 为零，分子聚集在一起。
• 注意：pH过低，容易引起目标蛋白质变性。
二、 盐析沉淀法 1.盐与蛋白质溶解度的关系： • (1)盐溶：[盐]低时，S随[盐]增加而增加； • (2)盐析：[盐]高时，S随[盐]增加而降低；
– 吸附剂的机械强度则影响其使用寿命。
2、吸附物的性质
有下列一些规则可用来预测吸附的相对量。
– 能使表面张力降低的物质，易为表面吸附； – 溶质从较易溶解的溶剂中吸附时，吸附量较少。
– 极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸 附非极性物质。
– 对于同系列物质，吸附量的变化是有规则的。如 按极性减小的次序排列，次序越在后面的物质， 极性越低，因而越易为非极性吸附剂所吸附而越 难为极性吸附剂所吸附。
五、吸附剂的基本要求
• 吸附剂要求颗粒密度小，表面积大，但 孔隙也不能太多，否则被吸附物质不易 被洗脱。
• 吸附剂的颗粒大小要均匀。 • 吸附剂的吸附能力要大，但不能影响洗
脱。
六、吸附剂的类型
• 工业用吸附剂主要有三类型: • 1、疏水或非极性吸附剂 • 适合于从极性溶媒(水)中吸附溶质。
• 代表是活性碳，有疏水性。在极性液中， 吸附力：溶质>溶媒，有环>无环。
– 优点：溶剂易除； – 缺点：易使蛋白质变性；
2.影响有机溶剂沉淀的因素: • ①溶剂的种类和数量：丙酮>乙醇>甲醇 • ②沉淀的温度：温度越低沉淀越完全。
第二节 吸附法
• 在发酵工业的下游加工过程中，吸附法 应用于发酵产品的除杂、脱色、有毒物 质和抗生素的提纯精制。
一、吸附法的原理
• 吸附法是利用吸附剂与杂质、色素物质、 有毒物质、产品之间分子引力的差异， 从而起到分离的作用。
对溶解度 • (4) 杂质
4. 注意事项 • ①[盐] 因被提取物种类不同而不同； • ②杂质对盐析有影响； • ③盐析时的pH ≈ pI（？）； • ④盐析产品还需进一步纯化（？）；
三、有机溶剂沉淀法
• 利用某些物质在有机溶剂中的溶解度不同而使其分 离的方法。
• 1.原理：
• 有机溶剂能降低溶液的介电常数，使溶质分子间因 引力而凝集；或破坏水膜(降低水活度)而溶解度降 低；或破坏蛋白质的某种键，改变其空间结构而使 疏水基团暴露而析出。
二、吸附的目的
• 将产品吸附浓缩于吸附剂上； • 将杂质、色素等需要从发酵液中去除的
物质吸附于吸附剂上。
三、吸附法的优缺点
• 优点：
– 可不用或少用有机溶剂； – 操作简便、安全、设备简单； – 生产过程中pH变化小，适用于稳定性较差
的生化物质。
• 缺点：
– 吸附法选择性差、收率不高。
– 无机吸附剂性能不稳定，不能连续操作，劳 动强度大。
• 用于蛋白质、氨基酸、 核酸、酶、抗生素的分 离。
一、基本原理
• 离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，它的分子中含有 可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子 或阴离子起交换作用。
• 交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加 新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，所以可以把离子交换 剂上的原子离子全部洗脱下来，同时溶液中的离子全部被交换 并吸附在树脂上。
七、 影响吸附过程的因素
1、吸附剂的性质 吸附剂的理化性质对吸附的影响很大。吸附剂 的性质与其原料、合成方法和再生条件有关。 一般要求吸附容量大、吸附速度快和机械强度 好。
– 吸附剂的吸附容量除其它外界条件外，主要与比表 面积有关。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大。
– 吸附速度主要与颗粒度和孔径分布有关，颗粒度越 小，吸附速度就越快，但压力损失要增大。孔径适 当，有利于吸附物向空隙中扩散。
3、 溶液pH值的影响 pH值影响某些化合物的离解度。
4、温度的影响 吸附热越大，则温度对吸附的影响越大。
5、其它组分的影响 当从含有两种以上组分的溶液中吸附时， 根据溶质的性质可以互相促进，干扰或 互不干扰。一般说来，对混合物的吸附 较纯物质的吸附为差。
第三节 离子交换法
• 离子交换作用：是指一 个溶液中的某一种离子 与一个固体中的另一种 具有相同电荷的离子互 相调换位置，即溶液中 的离子跑到固体上去， 把固体上的离子替换下 来。这里溶液称流动相， 而固体称固定相。
溶解度与盐浓度的关系可用下式表示： logS=β－KS·I
• S：蛋白质的溶解度；
• I：离子强度； • β：常数，与蛋白质种类有关，与盐的种类无关； • KS ：盐析常数，与盐种类有关，与温度和pH无关；
2.机理 • 蛋白胶体稳定的原因是蛋白质颗粒周围水化膜和电
荷的存在。加入盐，中和表面电荷、破坏水化膜。 3.影响盐析的因素 • (1)盐种类：影响KS，KS越大，效果越好 • (2)盐析剂用量 • (3) 温度和pH：影响β值而影响S。尤其是影响相
第十一章 发酵产物分离原理与技术
第一节 沉淀法 第二节 吸附法 第三节 离子交换法 第四节 萃取法 第五节 膜分离技术
第一节 沉淀法
沉淀是物理环境的变化引起溶质的溶解度 降低、生成固体凝聚物的现象。 • 沉淀措施因产品性质不同而不同。 • 加酸、碱、盐、有机溶剂、其它物质。
• 根据所加入沉淀剂的不同，沉淀法可分为： 等电点 盐析 有机溶剂
2、亲水或极性吸附剂 适用于从非极性或小极性溶媒中吸附溶质。
• 代表：硅胶，氧化铝，活性土（铝硅酸）， 有酸性、碱性、中性之分。
• 碱性物质→→酸性吸附剂，反之亦然。
3、离子交换树脂吸附剂 属极性吸附剂，与极性吸附剂不同的是，还具 有离子交换的性能。
注意： ①根据提炼的性质选择恰当的类型。 ②活性炭的选择性差。
– 炭粉等吸附剂影响环境卫生。
• 凝胶类吸附剂、大网格聚合物吸附剂
四、吸附的类型
• 物理吸附：吸附剂和吸附物通过分子力(范德 华力)产生的吸附。
• 化学吸附： 化学吸附是由于吸附剂在吸附物之 间的电子转移，通过化学键作用而产生的，属 于库仑力 范围。
• 离子交换吸附： 吸附剂表面如为极性分子或离 子所组成则它会吸引溶液中带相反电荷的离子 而形成双电层。这种吸附又称为极性吸附。